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Schaltungsanordnung zur,verzögerten Einschaltung elektrischer Schaltgeräte
Die Erfindung befa;j+ ü .sich finit einer Schal-tun gsanoränung zur ver-.insbesonelere
zögerten Einschaltung elektrischer-Schaltgeräte, mit @:elbs thdlaung arbeitender
Schütze und Relai 3 . Gemäß der Er= f'ndung i-st das elektrische Schaltgerät mit
einer Spannungsquelle über die Mlechselstromanschlu punkte einer Gleichrichterbri{ckensebaltung
verbunden und an die Gleichstromseite der Gleichrichterbrückenschaltung ist ein
Thyristor angeschlossen, dessen Steuerelektrode einen Zündstrom von einer Verzögerungseinrichtung
erhält. Diese Schaltungsanordnung ermöglicht die verzögerte Einschaltung elektrischer
Schaltgeräte auf kantaktiose Weise.
Besonders vorteilhaft ist es,
die dem Thyristor zugeordnete Verzögerungseinrichtung über die Gleichrichterbrückenschültung
zu speisen. Dadurch entfallen Schaltungsteile, die nur der Strom-Versorgung der
Verzögerungseinrichtung dienen.
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In der Verzögerungseinrichtung kann e.in Kondensator enthalten sein,
der von der Gleichrichterbräckenächaltung aufgeladen wird und der die Zündenergie
für-den fhyristor -speichert. Der Kondensator kann z:B. so bemessen sein, dal:en
ausreichend Energie enthält, uni den Thyristor Uber mehrere Halbwellen des .speisenden
Wechselstromes im leitenden Zustand zu haLten. Tari.-it ist sichergestellt, 11a13
auch größere Schaltgeräte sicher anziehen können. Als Zeitglied für die gegenüber
einem Einschaltbefehl verzögerte Zündung es Thyristors eignet sich beispielsweise
eine. fteihsnschaltung eines Kondensators und eines Widerstandes. Je näc-h der Bemessung
des Widerstandes und des Kondensators steigt die SpannunE am Kondensator mit bestinditer
Geschzindigkeit an. Das-Erreichen einer bestimmten Spannung am Kondensator des Zeitgliedes-kann
zur Zündung des Thyristors verwendet--vierden. Zvreckniä:sig wird an das Zeitglied
eine Spannung angelegt, die von d-em aus@ d-er Gleichrichterbrükenschältung aufgeladenen
Kondensator abgeleitet ist und, die reit Hilfe einer Begrenzerdiode- stabilisiert-
ist. Der Spannungsanstieg an dem Kondensator des Zeitgliedes ist dann von der B:etriebsstannung
der Schaltungsanordnung weitgehend -unabhängig.
| -Pur die Uuf ung des Thyristors eignet sich besonders eine
aus |
| zwei Transistoren gebildete Multivibratorschaltung, derer.
einer |
| Tiansistor durch eine von der erwähnten Begrenzerdiode abge- |
| leitete Vorspannung und durch die Ladespannung des Kondensators |
| des Zeitgliedes beeinflußt wird und deren anderer Transistor
' |
| in einen Stromkreis für die Zündung des Thyristors eingeschaltet |
| ist. Burch die schnelle Umschaltung vom nichtleitenden in den |
| leitenden Zustand, 'der sich niit hiultivibratorsuhältungen
er- |
| reichen lä:'t wird füi- einen schnellen Anstieg des @ündstanies |
| ge:.-or;t, wie er zur 2:üüdung des Thyristors erwünscht ist.
Zi.e |
| Arbeitsweise der :,ultivibratorschaltung ist von der Betriebs- |
| Spannung der Sc:iültungsanordirung ebenfalls weitgehend-Unabhängig, |
| geil die Begrenzerdiode die Spannung annähernd konstant hält. |
| Es eiüpfiehlt sich, zurr Aufbau der lr'Iultivibratorschaltung
zwei |
| koi:cpleinentäre Transisto- en, d.h. einen npn-2ansistor und |
| einen pup-ransstor zu verwenden. Dran erreicht hierdurcr, daß |
| ini Ruhezustand beide Transistoren gesperrt sind, i:,odurch
sich |
| ein geringer Si roi:,Ve.-'brauch des Ve:rz öger uniE-sgliedes
ergibt |
| Perner ist es vorteilhaft, dein Kondensator des 2=itgliedes
eine |
| Lntladeeinrichtung zuzuordnen, die von der an der Gleichstrom- |
| seihe der Gleichric-iterbrückenschaltung liegenden Spannung
ge- |
| steuert wird. Hierdurch lä*-?t sich erreichen, das:. der ".onden-- |
| sator des Zeitgliedes beim Spannungsloswerden der Gleichrichter- |
| brUici-#enschaltung in :kurzer Zeit entladen wird. Lie Schaltungs- |
| anordnung -ist darin für einen neuen Verz:ger,ungsvergang sofort |
| .-Leder bei eit. - . |
Die er`@ähnte Entladungseinrichtung kann zvreckmä@.ig so ausgebildet
sein, daLpparallel zu dem Kondensator des Zeitgliedes ein Transistor mit seiner
Emitter-Kollektor-Strecke geschaltet idt und daß der Transistor durch eine von der
Gleichrichterbrückenschaltung über einen Spannungsteiler erzeugte Spannung und eine
durch eine weitere Begrenzerdiode stabilisierte Spannung beeinflußt iaird, die dem
von der Gleichrichterbrückenschaltung aufgeladenen-Kondensator entnommen wird und
dai., zwischen dem Spannungsteiler und dem von der Gleichrichterbrückenschaltung
aufgeladenen Konden-Bator eine Diode eingeschaltet ist. Wenn die Gleichrichterbrückenschaltung
unter Spannung steht, wird der den Kondensator des Zeitgliedes zugeordnete Transistor
durciz den Spannungsteiler gesperrt gehalten. Beim. Abschalten der Spannung entfällt
die Sperrspannung, weil zwischen dem Spannungsteiler und dem Kondensator eine Diode
eingeschaltet ist. Jedoch erhält der Transistor über die weitere Begrenzerdiode
einen Steuerstrom, wodurch der Transistoz leitend wird und den Kondensator des Zeitgliedes
entlädt. Bei beeigneter Bemessung der Schaltungselemente lassen sich sehr geringe
Entladezeiten, z.B. etwa 20 ms, für den Kondensator des Zeitgliedes erreichen. Nach
dieser Zeit ist die^Schal±ungsanordnung für eins neue verzvgerte Einschaltung eines
elektrischen Schaltgerätes bereit. Zur Anpassung der Schaltungsanordnung an unterschiedliche
Betriebsspannurigen empfiehlt es sich, das Verz-bgerungsglied mit einem auswechselbaren
Vorwiderstand. zu versehen, der den Strom in der gewünschten t's'eise begrenzt.
Schaltungsanordnungen
der angegebenen Art eignen sich für zahlreiche Anwendungszwecke. Z.B. vierden im
Bergbau unter Tage Fördereinrichtungen verwendet, die von mehreren Motor en angetrieben
vrerden. Der utrocubedarf bei gleichzeitiger Einschaltung sämtlicher klotoren wäre-jedoch
so groß, da. das speisende Netz überlastet und der Hauptschalter ausgelöst würde.
Diese Überlastung läßt sich dadurch vermeiden, daß die Motoren nacheinander eingeschaltet
weiden. Hierzu können die angegebenen Schaltungsanordnungen verwendet werden, vaenn
man ihre Verzögerungszeiten staffelt. Die Staffelung wählt man zweckmäßig so, däß
der Einschaltstrom des einen Motors abgeklungen ist, bevor der nächste Motor eingeschaltet
wird.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Figur 1 stellt die grundsätzliche Schaltungsanordnung dar, die zur
Einschaltung eines Schützes 1' mit einer bestimmten Verzögerung dient, nachdem ein
Schalter 2 geschlossen worden ist: Figur 2 zeigt zusätzlich, wie ein in Figur 1
nur schematisch dargestelltes Verzögerungsglied zweckmäßig ausgebildet sein kann.
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Die Schaltungsanordnung gemäß Figur 1 wird über die Klemmen 3 und
4 an eine Vlechselspannungsquelle angeschlossen, In Reihe. mit der Spule des Schützes
1 ist eine Gleichrichterbrückenschalturig 5 mit ihren: Wechselstromanschlußpunkten
6 und 7 geschaltet. Die Gleichstromseite (Punkte 8 ünd-g)- der,Gleichri-chterbrückenschaltung
5 ist mit einem Thyristox 10 verbunden, der so
gepolt ist, da:3
in leitendem Zustand über ihn (er Strom. von derer Funkt 8 zum Punkt 9 der Gleichrichterbrückenachaltung
5 fließen mann. An -die ?unkte 8 und 9 der Gleic h richterbrÜckenschaltung 5tnd
somit parallel zu ddm-Thyristor 10 ist außerdem eine Verzögerungseinrichtung 11
angeschlossen, welche die Zündenergie für den Thyristor 10 liefert. Die Verzögerungseinrichtung
11 ist zu diesem Zweck mit der Steuerelektrode 12 des Thyristors 10' verbunden.
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Die Verzegeiungseinrichtung 11 ist in der Figur 1 schematisch dargestellt.
Ihr Aufbau wird irre folgenden an Hand der Figur 2 näher erläutert, in der für die
gleichen Teile die-gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 verwendet sind. Alle innerhalb
-der gestrichelt gezeichneten Umrandung in Figur 2 befindlichen Scra 1-tungselemente
gehören zu der-Den Eingang der Verzögerungseinrichtung 11 bildet ein V ortiiderstand
15, über den alle folgenden Schaltungselemente gespeist vaerden. Durch Auswechseln
des Widerstandes- 15 kann die Schaltung in einem weiten Bereich der Betriebsspannung
des Schützes 1 angepaßt i;ierden:. -Über den Vorwideratand 15 und eine Diode 16
wird ein Kondensator '17 aufgeladen. Dieser 'fondensator dient zur Glätturig der
gleichgerichteten Viech selspannung: Außerdetrz speichert der Kondensator
17
die zur Steuel-ung des Thyristors 10 benötigte Energie. Parallel zu dem
Kondensator 17- sind zvrei in Reihe gescraltete Begrenzerdioden 18 und 20 geschaltet.
An jeder dieser Dioden kann eine von der Netzspannung weitgehend unabhängige Spannung
abgenommen
werden. Im Schaltbild sind die Dioden 18 und 20 mit untei-sczäiedlicher
Polung eingezeichnet, vieil es sibh,bei der Begrenzerdiode 18 um eine Zenerdiode
und. bei der Begrenzerdiode 20 uni eine in Duz#ciilaßrichtung betriebene äiliziurridiode
handelt.
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Die an der Begrenzeräiode 18 liegende Spannung wird einer Reihenscialtung
aus den Y: iderständen 21 und 22 und dem. Kondensator 23 zugeführt. Liese Reihenschaltung
bildet ein Zeltglied, dessen Zeitkonstante riaßgebend für die Verzögerung der Einschaltung
des Schützes 1 ist. Der Widerstand 22 ist verstellbar susgebildet,. ui: den Anstieg
der Spannung an dem Kondensator 23 in Abhängigkeit von der Zeit beeinflussen zu
können. Der Widerstand 21 ist unvei ände-lich und bestimmt die kürzeste Verzögerungsü
e 1 t o
Von der Spannung an den, londensator 23 wird eine Multivibratorschaltung
gesteuer '`_ ,d ie zwei kompleraentäre Transistoi en enthält, nämlich einen npn-Transistoz-
24 und einen pnp-Transistor 2'15. Die Basis des Transistors 25 ist über einen iiderstand
26_ mit derr Kollektor des -Transistors 24 verbunden. Der ;;riderstand 26 sorgt
dafür, 'da s im- stromführenden Zustand der Lriultivibratorschaltung dar Kollektor
das Transistors 25 positiver als die Basis des Transistors 24 wird, damit übet-
ein Rückkopplungsglied 29 ein ausreichend großer Raum fliegen kann. Dieses
Rückkopplungsglied besteht aus einem -iderstand 30 in Reihe mit -der Tiode 31 und
einem parallel zu diesen beiden T:lementen geschalteten Kondensator 32.
Die
Multivibratorschaltung wird über die Begrenzex diode 18 und einen parallel dazu
geschalteten Spannungsteiler aus den Widerständen 27 und 2i3 mit Spannung versorgt.
Durch den Widerstand 28 wird zvrischen Basis und Emitter des T-ransistörs 24 eine
Vorspannung eingefügt. Zwischen der Basis und denn Emitter des Transistors 24 wirkt
ausserdem die Ladespannung des Kondensators 23. 'Fenn diese Spannung die Spannung
des Widerstandes 28 zuzüglich der Schleusenspannung des Transistors 24 überschreitet,
so kann über dessen Emitter-Kollektor-Strecke ein Strom fließen. Der Kollektor des
.ransistors 25 ist üben einen #"iderstand 33 mit der Steuerelektrode 12 des
Thyristors 10 verbunden. Außerdem ist ein Uiderstand 34 zwisct.en die Steuerelektrode
12 und den Tr:inuspol der@Gleichrichterbrückenschaltung geschaltet, um das Potentialdes
Kollektors des Transistors 25 im gesperrten Zustand der Multivibratorschaltung festzulegen.
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Dem Kondensator 23 ist eine Entladevorrichtung zugeordnet. Diese enthält
einen pnp-Transistoi 35, der mit seiner Emtter-Kollektorstrecke parallel zu dem
Kondenstor 23 geschaltet ist. Die Basis des -Transistors 35 ist mit deni Verbindungspunkt
eines aus den Widerständen 36 und 37 gebildeten Spannungsteilens verbunden, der
über den ;'iderstand 15 von der Gleichrichterbrückenschaltung gespeist wird. Zur
Glättungder Gleichspannung ist dem Widerstand 37 ein _:ondensator 33 parallel geschaltet.
In die Verbindung zwischen der Basis und dem Kollektor des Transistors 33 ist außer
dem Widerstand 37 und dem parallel dazu geschalteten
Kondensator
38 noch die Begrenzerdiode 20 geschaltet-, die eine Iiilfsspannungfür den Transistor
35 liefert: Die beschriebene Schaltung wirkt folgendermaßen: Nach dem Senlie2en
des "chalters 2 wird der Kondensator 1'7 über den Vorwiderstand 1-5 und die Diode
16 aufgeladen. Zugleich beginnt auch die Ladung des Kondensators - 23 über die Widerstände
21' und 22. Solange die Ladespannung des Kondensators 23 geringer ist als die an
dein Widerstand 28 abfallende Spannung zuzüglich der Schleusenspannung des Transistors
24, ist dieser Transistorgesperrt. Deshalb ist auch der Transistor 25 gesperrt;
weil kein Basisstrom flie:jen kann. Der Transistor 35 wird über den aus den Widerständen
36 und 37 gebildeten Spannungsteiler ebenfalls gesperrt gehalten. Da somit alle
in der Schaltung enthaltenden Transistoren gesperrt sind, fliest nur ein sehr geringer
Strom über die Gleichrichter-Brückenschaltung 5 und die Spule des' Schützes 1. Das
Scriiitz 1 kann deshalb nicht anziehen. ' Wenn der Kondensator 23 auf eine ausreichend
hohe Spannung aufgeladen ist, wird der Transistor 24 leitend, und über den Liderstand
26 kann ein Steuerstrom fließen, der den Transistor 25 ebenfalls leitend macht.
Über das Rückkopplungsglied 29 wird nun von dem Transistor 25 ein Steuerstrom zur
Basis des Transistors 24 geleitet, ivodurcii beide Transistox°en schnell durchgesteuert
vierden. Ein der Basis des Transistors 2¢ vörgeschal.teter Widerstand 19.verhindert
dabei- ein Abf'le:3en des Rückkopplungsstromes in den Kondensator 23. Der Kondensator
23
ist mit dem Widerstand 19 so abgestimmt, Saß ein'rtöblichst
schnelles Umschalten der _s@iultivibratorsci@altung vom nichtleitenden in den leitenden
Zustand erreicht wird. Die Diode 31 beijirkt, daß der Eingang de., Multivibratö-t
schaltung (Basis des Transistor-24) im nichtleitenden Zustand möglichst hochohmig
ist, uu: die ufladung des Kondensators 23 nicht zu beeinflussen. -Beim Leitendwerden
des Transistors C'-5 kann sich der ondensator 17 über den Widerstand 33 auf die
-Steuerelektrode 12 des Thyristors 10 entladen. Die sei wird dadurch "leitend und
scliliejt die Gleichrichterbrückenschaltung 5 auf ihrer Gleichstrorcseite kurz,
ao daß das Schütz 1 anziehen kann. Der Kondensator 17 v:ird zweckmäßig so -bemessen,
daß sein Energieinhalt ausreicht, um den Thyristor solange leitend zu machen, bis
das Schütz vollständig angezogen hat.
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Beirrt Anziehen des- Schützes schlie3t sich dessen Selbsthalte- -kontakt
139,viodurch die GleichricIiterbrückenschältung 5 übelbrück @ wird. Damit überspannungen
die ilalb-leiterbaüeleiriente nicht beschädigen können, ist parallel zu dem Selbsthältekontakt
13 ein Kondensator 40 geschaltet. -ttienn die Speisung derVezzc;gerungseinrichtung
11 durch die-Gleichrichterbrückenschal_tung 5 infolge Öffnens des. Schalters
2 oder Schliegens des Selbsthaltekontaktes 13 unte brochen wird, tritt die Entladevorrichtung
für den Kondensator 23 in Tätigkeit. Beirr
Abschalten dey- Spannung
kann sich der Kondensator 17 wegen der Diode 16 nicht über den Spannungsteiler aus
den Widerständen 36 und 37 entladen. Pie Sperrspannung für. den Transistor 35 klingt
deshalb rasca ab, und zwar i:iit der durch den Widerstand @7 und den parallel dazu
geschalteten Glättung=,skondensator 38 gegebenen Zei ikonstante: Der Kondensator
1'7 liefert nun über die Begrenzerdiode 20 einen Steuerstrom. für den Transistor
35, der dadurch lei'':end wird und den Kondensalor 23 entlädt, und zwar bis unter
die ;crileusenspannunE des Transistors 35. Durch die Bemessung dci Bauelen:erite
lä-t sich erreichen, da-3 der Entladevorgang in sehr kurzer Zeit; z.B. 20 ras, stattfindet.
Nach dieser Zeit ist die Ve=zvgerungseinrichtung für einen neuen Verzvgerungsvorgang
wieder bereit.
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Ir.: Ausführungsbeispiel ist die verzcgerte Einschaltung- eines Schützes
bei Speisung aus einer Ylechselspannungsquelle angenor.;r-iren. Jedoch kann die
Sclr;altungsanordnung ohne nderung auch von einer Glelchspannungsquelle gespeist
U=rerden. Auf die Polarität der Klemmen 3 und 4 kommt es hierbei nicht-an, da die-Gleichrichte;brückenschaltung
5 .die zur.. Betrieb des Thyristors und der Verzcgeiungseinrichtung erforderliche
Polarität sicherstellt.
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<<ir-d die beschriebene Schaltungsano-dnung in Verbindung mit
einei:: elektrischen Sellialtgerät ohne äelbsthaltekontakt verwendet, so fällt das
Schaltgerät nach der verzögerten -Einschaltung in
die Ruhestellung
zurück, vienn der-Kondensator 17 entladen und der Thyristdr 10 wieder gesperrt ist.
Dieser Vorgang wiederholt sich periodisch, solange der Schalter 2gesehlossen bl(#ibto
Die-Scha.ltungsanordnung wirkt dann als Impulsgeber, wobei die Impulsdauez° durch
den Kondensator 17 und cbr Abstand der Impulse durch den Widerstand 22 bestimmt
sind.